济钢ASP生产线铝镇静钢钙处理工艺分析与实践
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第22卷第4期 宽厚板 V〇1.22，N〇.4
2016 年 8 月 WIDE AND HEAVY PLATE August 2016 • 27 •
济钢ASP生产线铝镇静钢钙处理 工艺分析与实践
刘效森(山东钢铁股份有限公司济南分公司）
摘要为改善济钢ASP薄板坯连铸连乳生产线钢水的连浇性，通过工业试验对钙处理工艺进行了研究 和优化，使连铸中间包水口结瘤断浇次数由平均每个月4.2次降低到1.3次，提高了钢水的纯净度和质量。 关键词ASP钙处理工艺优化
Analysis and Practice of Calcium Treatment Process of Aluminum Killed Steel in Jigang ASP Production Line
Liu Xiaosen(Shandong Iron and Steel Co. ,Ltd. Jinan Branch Company)
Abstract In order to improve continuous casting operation of molten steel for ASP production line in Jigang,the
article describes the studies and optimization of calcium treatment process by industrial experiment, which reduces casting interruption frequency due to tundish nozzle clogging from 4. 2 to 1.3 times per month in average and improves steel cleanliness and quality.Keywords ASP,Calcium Treatment,Process Optimization
〇前言济钢炼钢厂120 t转炉区拥有KR铁水预处 理站2座、120 t转炉2座，CAS吹氩站3套，120 t LF精炼炉3座，VD真空精炼炉和RH真空精炼
炉各1座，ASP中薄板坯连铸机和大断面厚板坯 连铸机各2台，月均产钢量约30万t，其中ASP 低碳低硅钢月均产量超过15万t，钢水钙处理全 部采用纯钙线，由于生产工艺特殊，质量不稳定， 时常有絮流事故发生，增加了生产组织的难度，且 影响钢水质量。为减少事故损失，必须对现有的 钙处理工艺进行优化。
1钢水钙处理原理就铝脱氧钢而言，喂人Ca线的主要目的是 改变A1203夹杂物或含A1203成分较高的夹杂物 性质。在铝脱氧钢水钙处理过程中可能形成的夹 杂物有 Al203、Ca0、CaS、CaO • 6A1203( CA6)、
Ca0-2Al203(CA2)、Ca0-Al203(CA)、12Ca0-
7A1203( C12A7)、3CaO • A1203 ( C3A)等，CaO- A1203相图见图1。随着Ca含量的增加，A1203
中的A1不断被Ca置换，发生如下反应：A：[Ca] +y( A1203) = x ( CaO) ( y-l/3x) (A1203) +2/3x[Al]钢中的夹杂物逐步发生如下转变[1]:A1203—vCaO • 6A1203—vCaO • 2A1203—vCaO • A1203 —>-12CaO • 7A1203 —>3CaO • A1203。从CaO-A1203相图可知，在炼钢温度下生 成 CaO • 6Al203、Ca0 • 2Al203、12Ca0 • 7A1203 的可能性更大。其中12CaO • 7A1203的熔点最 低，为1 415 I，再加上Ca、Al含量控制得当，几 种铝酸盐同时生成，互相降低熔点，因此在炼钢温 度下mCaO • nAl203极易成为液体状而被排除， 或以球状存在于钢中。夹杂物变性可以改变钢水 的流动性和润湿性，从而防止中间包水口堵• 28 •宽厚板第22卷
ai2o3/%图 1 Ca0-Al203 相图塞[2];钢中夹杂物由群簇状变为球状，可消除对 力学性能的不利影响;液态球状夹杂物易上浮，从 而改善钢的纯净度。在1 600丈下，不同化学组成的CaO - A1203 夹杂物A1 - Ca平衡如图2所示。从图中可以看 出，当钢中酸溶铝含量为〇. 02%且夹杂物变性为 液态时，钢中溶解钙的活度变化范围是（1〇〇 ~ 500) x10'有文献指出，为减少水口堵塞，改善钢水的流 动性，应控制钢中的[Ca]/[A1] >0.14。从图2 中可以看出，当钢中的[Ca]/[A1] >0• 14时，钙 活度处于 12CaO • 7 A1203 与 3CaO • A1203 之间。 即在生产实践中，通常需要加人相对过量的钙使 A1203完全变性，以改善钢水的流动性。
2钙处理工艺试验及优化2.1喂线速率的确定纯钙线理化指标要求如表1所示。
表1纯钙线理化指标规格/mmCa/%钢带厚度/mm隹丐芯单重/(g • ni'1 ) 总单重/(g-m
-1)
0(9.1 ±0.1)&970.55 ±0.05為65苫210
纯钙线熔点低，进人钢水后反应剧烈，如果喂 线速度太快，容易出现钢水沸腾，钢包净空间不 够，就会发生钢水溢出烧坏钢包车等设备的事故; 如果喂线速度太慢，纯钙线不能进人钢水，而只在 钢渣表面反应，不但影响钙的收得率，也会造成钢 渣喷溉，钢水二次氧化严重。综合考虑安全、收得 率的因素，试验从70 ~ 150 m/min的喂线速率范 围开始，具体试验数据如表2。
表2不同喂线速率下SPHC钢水钙处理效果炉号 喂线速率/ ( m • min _1)喂线量/m收得率/%56034007035020.51
57033657035021.5355033339024028.0955033349024026.77
550333511024026.61550333611026025.44570293115012018.31560299015012020.09第4期刘效森:济钢ASP生产线铝镇静钢钙处理工艺分析与实践
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从表中看出，喂线速率在90~110 m/min时， 收得率较高，喷滅得到控制，因此最终确定采用 90 ~ 110 m/min的喂线速率。2.2喂线量的确定纯钙线的收得率比钙铁线高，但价格也比钙 铁线贵。如果纯钙线喂人量过多，可能会在钢水 浇注过程中侵蚀中间包塞棒头，影响设备稳定性， 且增加了钙处理成本;如果喂人量不够，钢中夹杂 物变性不充分，影响钢水质量，严重时会堵塞中间 包浸人式水口，造成钢水絮流断浇事故。通过对 钢中夹杂物及低碳低硅钢水可浇性的研究，针对 ASP铝镇静钢，分别为经过LF处理钢种和CAS 吹氩站直上钢种规定了不同的纯钙线喂线量，即 经LF处理钢种吨钢喂人1. 4 m纯钙线，经CAS 吹氩站直上钢种吨钢喂人1. 8 m纯钙线，如此既 可保证钢水质量，又能降低生产成本。2.3喂线位置及喂线导管的优化原有LF炉的喂线设备没有升降装置，且喂 线点位于吹氩孔正上方位置，影响钙的收得率及 喂线效果，通过增加喂线导管升降设备，同时调整 喂线导管至吹氩孔前方，使喂人的钙线正好与钢 水翻滚方向相同，提高了钙处理效率。3钢水钙处理效果3.1铝镇静钢水可浇性的改善通过对纯钙线处理工艺的优化，ASP铝镇静 钢水的可浇性得到大幅改善，因钢水粘度大导致 的事故从优化前的平均每个月4. 2次降低至优化 后的1.3次，减幅接近70%，铸坯质量也得到大 幅提髙，钢水粘度大引起结晶器液面波动造成的 卷渣现象基本杜绝，低碳低硅钢夹杂物质量异议 也从优化前的平均每个月3次降低至优化后的1 次。3.2钢水纯净度的提高为了研究钢水经过纯钙线钙处理后纯净度的 改进效果，分别对喂人和不喂人纯钙线2种状态 下钢水进行对比，并在保证相同软吹氩时间的条 件下，分别分析了喂线和不喂线状态下钢中夹杂 物的形状、尺寸、数量和成分。3.2.1不喂线状态下钢中夹杂物的形状、尺寸、 数量和成分通过电镜对不喂线状态下钢水中的夹杂物进 行了成分测定，结果如图3和表3所示。从谱图 和表中可以了解，夹杂物的组成主要为CaO - A1203，并伴有少量硅酸盐;不喂线时脱氧产物无
法变性，大量大颗粒夹杂物残留于钢中，主要以条 状形态存留在铸坯中。通过扫描电镜选取了 10 个视场，铸坯中尺寸> 180 |xm的夹杂物有8个， 尺寸&50 |xm且< 100 |xm的夹杂物数量较多。
夹杂物成分（质量分数）谱图0MgA1SCaTiSiFe,y、和
谱图148.7912.1834.180.780.471.631.9B100
谱图240.1126.962.0216.1914.72100谱图314.120.80.620.792,850.441.5978.79100
60 nm '电子图像1图3不喂线状态下钢中夹杂物能谱分析3.2.2喂人纯钙线状态下钢中夹杂物的形状、尺 寸、数量和成分通过电镜对喂线状态下钢水中的夹杂物进行成分测定，结果如图4和表4所示。从谱图和表 中可以了解，夹杂物的组成以CaO -A1203为主， 但已没有硅酸盐;夹杂物的尺寸明显变小且形状
